液体金属导电弹性体可大幅度拉伸和弯曲

KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

韩国的一个研究团队使用声波将聚合物外壳内的微小液态金属液滴连接起来。这项新技术是一种制造坚韧、导电性高的电路的方法，这种电路可以弯曲和拉伸到原始尺寸的五倍。

为皮肤传感器和植入式医疗设备制造可拉伸电子产品需要像金属一样导电但像橡胶一样变形的材料。传统金属由于不能切割所以无法使用。为了制造弹性导体，研究人员研究了导电聚合物以及金属和聚合物的复合材料。但这些材料在拉伸和释放几次后就会失去导电性。

液态金属，即在室温下保持液态的合金，是一种更有前途的选择。镓基液态金属，通常是镓和铟的合金，因其毒性低、导电性和导热性高而备受关注。它们也很坚韧，因为它们的表面形成了一层氧化皮，它们能很好地粘附在各种基材上。

为了用镓基液态金属制作导电电路，研究人员通常会将这种材料的液滴喷洒或打印在有弹性的塑料基底上，或将其嵌入橡胶聚合物中。氧化皮通常必须被破坏，以便液滴可以结合形成导电路径。韩国高级科学技术研究院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）材料科学与工程教授Jihonong Kang表示，这些方法的问题在于液态金属会在一段时间后泄漏。

因此，他和他的同事使用声场连接液态金属液滴，他们首先将其嵌入聚合物中。研究人员使用平均2至3微米宽的液滴，比其他人之前使用的液滴小，以减少液滴破裂和泄漏液体金属的机会。

当他们施加频率为20千赫兹的超声波时，微滴吸收振动产生纳米大小的微滴。这些纳米微滴在微滴之间形成了一个桥。当聚合物被拉伸时，微滴会伸长，但纳米滴的连接会使它们保持连接。

其他人先前已经通过在网状网络或蛇形图案中沉积超薄金属层来制造可拉伸电路。Kang说：“通过我们的新材料，我们展示了第一块没有任何结构工程的弹性印刷电路板。”

该团队用四种不同的液态金属合金和15种不同的聚合物制成了它们的弹性导体。为了证明导体的用途，他们制作了可拉伸显示器，其中液体金属网络连接了微型发光二极管[上图]。他们还制作了一个高度可拉伸的心率监测传感器，可以连接到志愿者的皮肤上，并使用光测量血液循环（下图）。研究结果发表在《科学》杂志上。

澳大利亚昆士兰大学的Ruirui Qiao和英国伯明翰大学的Shiyang Tang同期在Science发表题目为“Connecting liquid metals with sound”评论文章。

他们表示：“作者们开创的弹性电路方法有助于克服用[镓液态金属]聚合物复合材料制造导电电路的重大挑战。但复合材料仍面临许多制造挑战。例如，很难用已知的制造技术精确控制液滴的大小。”

Kang说，他和他的同事们计划通过寻找方法使它们彼此靠近来提高图案的分辨率。他们还计划进一步提高液态金属电路的导电性。